电解铝二次铝灰利用技术及发展趋势分析

　　摘要：电解铝二次铝灰是一种危险废物，含有大量氟化物、氰化物、碳化铝、氮化铝等有毒有害物质，对其处理一直是电解铝行业的研究的热点。传统的填埋和堆存方式已经被明令禁止，针对二次铝灰的处理，业内开发出了多项工艺技术，本文针对二次铝灰现有的工艺技术和处置项目进行了深入分析，并分析了二次铝灰处理技术的发展趋势。

　　铝灰是电解铝或二次铝在熔铸炉中浮于铝液表面的灰渣，主要由铝液中的不熔夹杂、澄清剂、铝液氧化生成的氧化铝等构成，具有保温和防止铝液氧化的作用，熔铸过程会定期扒出灰渣被称为一次铝灰，一次铝灰中金属铝含量在70~80%，通常采用炒灰或压榨等方法回收铝灰中的金属铝，灰渣冷却后进一步细磨筛分出铝颗粒，得到的细灰即为二次铝灰。

　　二次铝灰会对环境产生严重的危害

　　不同原料熔铸过程产生的二次铝灰化学成分不同，电解铝熔铸过程产生的二次铝灰中氟化物、氮化铝含量较高，再生铝熔铸过程产生的二次铝灰中氧化铝和盐分含量较高。二次铝灰主要成分为氧化铝、AlN、Al₄C₃、少量的金属铝和一定量的氟化物、氰化物、NaCl、KCl和SiO₂，有毒有害物质为AlN、Al₄C₃、氟化物和氰化物等;AlN、Al₄C₃遇水产生NH₃和CH₄等，散发恶臭气味，氟化物和氰化物遇水溶出会污染自然水体，因此如不加处理直接进行填埋将会对环境产生严重的危害。目前二次铝灰已被列入《国家危险废物名录》，废物类别HW48有色金属冶炼，废物代码321-024-48。

　　二次铝灰现有工艺存在消纳量不足的缺点

　　二次铝灰当前处理工艺主要分为无害化和资源化两类，无害化指二次铝灰经过处理去除氮化物、氟化物、盐分等杂质后得到无害化铝灰进行安全填埋，无害化工艺主要为酸浸、碱浸、洗涤等方式。资源化是指脱除有毒有害物质后二次铝灰经过高温或冷加工制成不同的产品如钢爪保护环、棕刚玉磨料、精炼剂和净水剂等，或是返回电解槽作为电解铝原料。在环保的压力下，目前国内多家电解铝厂纷纷上马二次铝灰处理项目，例如青海某电解铝企业的电解铝废碳渣和二次铝灰处置线于2018年4月通过青海省环保厅的验收并投入使用。项目总投资1.3亿元。项目规模为年处置废铝灰1.9万吨、废碳渣1.4万吨，年产出电解质1万吨、重熔铝锭0.5万吨、钢爪保护环296万付、冶金焦2.8万吨、人造石墨碎0.42万吨。铝灰生产阳极保护环工艺过程为：(1)铝灰的初选和破碎，废铝灰给入条形筛，筛出大块的铝块，筛下物给入鄂式破碎机破碎，破碎后物料进入集料斗;(2)球磨和筛分，破碎物料给入球磨机，球磨后物料经给料机给入振动筛，筛分出不能磨碎的铝片和二次铝灰;(3)铝块重熔，将筛分的金属铝块给入1t的中频炉中熔炼并铸成铝锭;(4)压制保护环，二次铝灰与碳素添加剂和水进行充分搅拌混合，混合好的物料进入制环机直接压制阳极保护环，成型保护环送入电热隧道窑进行烘干;(5)氨气回收，由于二次铝灰中含有氮化铝，烘干过程会产生氨气，隧道窑产生的废气经吸氨塔吸收，稀氨水泵送入蒸氨塔，使稀氨水部分气化冷凝得到大于20%的成品氨水出售。

　　返回电解槽炼铝是二次铝灰综合利用的发展趋势

　　由于二次铝灰产量十分巨大，目前全国仅电解铝企业年产二次铝灰就达到200万吨，无论是利用铝灰生产钢爪保护环还是棕刚玉磨料等产品，都面临产品消纳问题，因此如何解决如何大量消纳二次铝灰成为企业关注的重点。中南大学的研究团队开发了一种低温碱熔技术处理二次铝灰，产品作为电解铝和水玻璃的原料。技术原理是将铝灰加入碳酸钠、氢氧化钠作为熔炼介质，在低于 900℃的温度下熔炼，熔炼完成后进行热水浸出，分步沉淀完成各组分的分离;铝灰中碳化铝、氮化铝和氰化物分解，氟化物、氯化物与碱性物质反应生成氟化钠和氯化钠，氧化铝和氧化硅生成氯酸钠和硅酸钠，水浸后调节PH值，分步沉淀出氢氧化铝和水玻璃，剩余溶液多效蒸发出工业用盐，氢氧化铝经煅烧后返回电解槽回用。整个过程低温节能、清洁高效，真正做到了资源的综合利用，成为二次铝灰利用的技术的发展趋势。

　　结语

　　随着环保压力的日益加大，电解铝铝灰成为电解铝厂亟待解决的问题，市场空间也在逐步扩大。二次铝灰的应用目前开发了多种技术如生产钢爪保护环、磨料、耐材等产品，但都面临产品消纳的问题，以二次铝灰返回电解槽炼铝成为其利用的发展趋势。